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带您了解氯气电浆放射光谱

文章出处:责任编辑:作者:人气:-发表时间:2014-09-13 08:35:00【

  随著半导体製程技术的进步,为了实现缩小线宽(critical dimensions, CD)且增大晶圆尺寸,即时(in-situ)监测与控制蚀刻製程之均匀度(uniformity)与稳定度也变得越来越重要。而氯气除了用于消毒漂白之外,也大量运用于造纸、纺织、农药、有机合成、金属冶炼、化工原料等行业。今天纽瑞德特气小编为大家介绍一下氯气电浆放射光谱的相关知识。

 

高纯氯气用于光谱分析


  为开发应用于电浆製程系统上的,氯气电浆放射光谱(optical emission spectroscopy)之空间分佈影像重建与电浆浓度的量测分析,使用大面积高密度之13.56 MHz射频电感藕合式电浆源(inductively coupled plasma, ICP)系统及六吋多晶硅(polysilicon)晶圆。利用电浆放射光断层扫瞄(optical emission tomography)的技术,假设电浆源为光学薄电浆体(optically thin)可以忽略吸收效应,且电浆放射光强度为圆柱型轴对称分佈,使用Abel inversion来作其一维空间分佈影像重建,再结合optical emission actinometry的原理,于氯气电浆中入5%之Ar为Trace Rare Gas (TRG),并量测Ar (750.4 nm)与Cl2 (306 nm)、Cl (725.66 nm)及Cl+ (481.95 nm)的放射光强度比,以瞭解不同操作参数下(输入功率60∼1200 W,压力5∼20 mTorr,流量20∼100 sccm),与蚀刻製程中(偏压功率100∼200 W),氯离子、氯原子及氯分子浓度及解离率随空间与时间的变化情形。


  相同压力下,随著输入功率的上升氯分子浓度会下降,氯原子及氯离子浓度会上升,由于输入功率越高,电子密度越高,氯分子解离率(percent dissociation)与游离(dissociative ionization)率也越高。相同功率下,随著压力的上升氯分子及氯原子浓度会上升,氯离子浓度会下降,因为压力上升粒子的平均自由路径(mean free path)会缩短,导致电子温度的下降,而且负电性气体Cl2容易与电子发生碰撞(dissociative attachment)产生负离子(Cl-)会消耗电子,使得电子密度下降,使得氯分子游离率降低。相同压力与输入功率下,越靠近腔体中心氯分子浓度越低,氯离子浓度越高,因为越靠近腔体中心电子密度与电子温度越高,氯分子游离率越高。当蚀刻製程中偏压功率开启时,氯原子及氯离子浓度会瞬间下降,氯分子浓度会上升,且随著越靠近晶圆表面处氯原子与氯离子浓度越低,越往腔壁处浓度越高,因为氯原子会与晶圆表面的硅产生化学反应产生SiClx,氯离子会溅击(sputtering)以及离子驱策蚀刻(ion energy-driven etching)晶圆表面,导致氯原子及氯离子的消耗,使得浓度下降,当偏压关闭时,氯原子及氯离子浓度则会瞬间上升,氯分子浓度则会下降,另外由于氯离子Cl2+与Cl-会于靠近腔体表面处产生再结合(dissociative recombination)的效应,所以蚀刻过后越靠近腔壁处氯分子与原子浓度会变的较高。

 

  小常识:

  氯气的化学性质很活泼,它是一种活泼的非金属单质。氯原子的最外电子层有7个电子,在化学反应中容易结合一个电子,使最外电子层达到8个电子的稳定状态,因此氯气具有强氧化性。

  

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此文关键字:氯气电浆放射光谱解析